串联蓄电池组的均衡充电技术研究
电池充电均衡器的均衡效果分析及其解决方案
电池充电均衡器的均衡效果分析及其解决方案周宝林由于蓄电池都存在内阻并且各不相同，才导致组成串联电池组后各块电池的电压都不相同，由此催生了各种电池均衡器技术的研发，目前，技术上比较多的是电池充电均衡器，那么电池充电均衡器是否能彻底解决电池电压不平衡的问题呢，答案是否定的。
电池充电均衡器仅在电池充电期间起作用，可以有效控制个别电池防止出现过充电，在电池放电时不起作用，无法提升低电压电池的电压，依然会出现明显不均衡问题。
例如，电池组中有一块电池出现了内阻增大的问题（以下简称问题电池），在充电过程中，“问题电池”的端电压上升速度最快，首先达到充电限制电压，在充电均衡器的控制下，充电器此后的输出电能大部分都充到了其它正常电池中，“问题电池”相比其它电池只充入了部分电能。
在放电过程中，放电电流都是一样的，经过一段时间放电，“问题电池”储存的电量首先消耗完，电压下降最快，最先达到放电终止电压，如果继续放电，则“问题电池”将造成严重亏电，形成过放电，甚至会造成容量无法恢复的伤害，此时，大部分电池仍处于电量较为充足的状态，有效电量没有释放出来。
一块“问题电池”就成了电池组的瓶颈，随着接下来的连续充放电，“问题电池”将变得更加严重，变成了一个“可变电阻”，导致整个电池组的放电电流急剧减小，输出电压严重不足，经过多次充放电循环后，“问题电池”的储电能力和放电能力严重下降，严重影响整个电池组性能的发挥，成了“木桶效应”中的最短板。
如果再继续放电，那么“问题电池”不仅无法再释放电能，反而成了负载，极性反转，开始从其它电池吸收电能，导致温度升高。
对于重要系统，后备时间严重不足的问题还会导致重要设备的损坏，后果非常严重。
通过以上分析可以知道，电池充电均衡器虽然解决了电池在充电期间的均衡问题，但却无法解决电池放电期间的均衡问题，无法从根本上解决电池组的均衡问题，仍然属于功能上受限的均衡器。
适合的电池均衡器，应该同时具有充电均衡和放电均衡功能，不仅能够对电池充电期间进行均衡，而且在电池放电期间同样可以进行均衡。
串联蓄电池组抽头供电问题的研究
串联蓄电池组抽头供电问题的研究作者：许琴来源：《电子世界》2013年第13期【摘要】本文以一个错误的设计方案为例，深入分析铅酸蓄电池的充放电、极化以及极化电压的动态变化，推导出对不均衡电量的串联蓄电池组充电是无效的，并给出正确的设计方案。
【关键词】充放电；极化；不均衡电量；充电无效1.引言应急指挥通信车装载多种类的通信设备，如短波、超短波、集群车台，这些负载多为12V 电源供电。
为了满足这类设备动中通的要求，设计人员有时会直接使用汽车的蓄电池给设备供电。
如果原车蓄电池为单节12V电压，可直接取电；若原车由两节24V电池组提供启动电压，在工程实施过程中，一般采用中间抽头，取后节电池提供设备电源。
2.实例简述某机动指挥通信系统装载有常规的集群电台，机动车发动机启动电池为两节电池串联，电压为直流24V，设计人员为了实现车辆行进中的集群通信，对两节电池组中间抽头，采用了后节电池给集群电台提供电源。
系统供电拓扑图如图1所示。
该机动车使用了一段时间后，汽车不能点火启动，经检查，前节电池开路电压12.6V，后节电池电压只有11V，使用过程中，汽车发动机是一直运转的，原车发电机对两节电池一直充电，为什么后节电池电压过低？为了查出原因，下面对铅酸蓄电池的充放电和极化过程进行深入分析。
3.铅酸蓄电池的结构简单介绍铅酸蓄电池一般由六个单元格组成，每个单元格由阳极板、阴极板、隔板和稀硫酸电解液组成；单元格串联输出12.6V电压，耐酸、耐热、耐震的硬橡胶或塑料壳体作为电池的外结构[1]。
极板以铅锑合金为骨架，涂一层松软的铅膏，化学处理后，阳极外层生成活性物质过氧化铅（PbO2），阴极外层生成活性物质铅（Pb）。
隔板有玻璃纤维隔板、微孔橡胶隔板以及塑料维隔板，其作用使正负极板绝缘，而电解液中的带电离子可以自由通过。
4.铅酸蓄电池的放电过程铅酸蓄电池放电是一个比较复杂的电化学反应过程。
阴极反应：阴极板外层的活性物质铅在稀硫酸中发生氧化作用。
蓄电池容量均衡方法概述
蓄电池容量均衡方法概述
引言
在由蓄电池作为储能单元的系统中，由于蓄电池单体往往容量比较低，不能够满足大容量系统的要求，因此需要将蓄电池单体串联，形成蓄电池组以提高供电电压和存储容量，例如在电动汽车、微电网系统等领域大多需要蓄电池串联。
由于蓄电池单体自身制作工艺等原因，不同单体之间诸如电解液密度、电极等效电阻等都存在着差异，这些差异导致即便串联蓄电池组每个单体的充放电电流相同，也会使每个单体的容量产生不同，进而影响整个蓄电池组的工作。
最坏的情况，在一个蓄电池组中，有一个单体的剩余容量接近为100%,另一个单体的剩余容量为0,则这个蓄电池组既不能充电也不能放电，完全不能使用。
因此对蓄电池容量的均衡是非常重要的，尤其是在大量蓄电池单体串联的情况。
蓄电池容量均衡的方法主要有电阻消耗均衡法、开关电容法、双向DC-DC 变流器法、多绕组变压器法、多模块开关均衡法、开关电感法等。
1.电阻消耗均衡法。
关于蓄电池的均充和浮充
关于蓄电池的均充和浮充关于蓄电池的均充和浮充Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】蓄电池均充一、均充的意义一般密封铅酸蓄电池投入使用的日期距出厂日期时间较长，电池经过长期的自放电，容量必然大量损失，并且由于单体电池自放电大小的差异，致使电池的比重、端电压等出现不均衡，投入使用前应对电池进行一次均衡充电，否则，个别电池会进一步发展成落后电池并会导致整组电池不可用。
另外，如果蓄电池长期不投入使用，闲置时间超过3个月后，应该对电池进行一次均衡充电。
二、均充、浮充的定义蓄电池均充、浮充在DL5044-2004电力工程直流系统设计技术规程中的定义分别如下：浮充电floating charge 在正常运行时，充电装置承担经常负荷，同时向蓄电池组补充充电，以补充蓄电池的自放电，使蓄电池以满容量的状态处于备用。
均衡充电equalizing charge 为补偿蓄电池在使用过程中产生的电压不均匀现象，使其恢复到规定的范围内而进行的充电，以及大容量放电后的补充充电，通称为均衡充电。
均充就是恒大电流充电，目的一是当蓄电池放电后，快速补充电能，二是当个别蓄电池电压有偏差，消除偏差，趋于平衡。
所以也叫快冲、强充。
浮充就是恒压小电流充电，目的一是防止蓄电池自放电，二是增加充电深度。
另外，均、浮充之间的转换是由监控模块自动控制的。
蓄电池组均充就是采用恒流充电，充电快，持续时间短；浮充是对电池恒压充电，持续时间长，充电慢。
根据电池充电曲线，新电池应该是先均冲，后浮充。
三、均充、浮充具体操作方法均充电流时电池容量的1/10H，例：300AH电池均充电流30A，充电电压系统自动控制，恒流30A充3小时自动转浮充。
一般浮充电压取电池额定电压的倍X电池节数；均充电压取电池额定电压的倍X电池节数。
比如48 V通信电源蓄电池组由24节蓄电池串联而成，浮充电压=（略小于倍），均充电压×24=。
电池组改进型电感均衡电路研究
衡 就 是 以 电感 为 储 能 元 件 ， 使 能 量 以 电 流 的 形 式 在 单 体 电池 与 单 体 电池 之 间或 单 体 电池 与 电池 组 之 间转 移 ， 进 而 使 各 个 单 体 电池 之 间 的 能 量 达 到 平 衡 【３１。该 均 衡 电路 的每个均 衡模块 为典型的升 降压斩波 电路 。该电 路 上 下 桥 臂 均 采 用 电力 场 效 应 晶 体 管 ＭＯＳＦＥＴ， 每 相 邻 的 两 个 单 体 电 池 有 一 个 均 衡 模 块 ，均 衡 模 块 可 以 使 能 量 在 相 邻 两 电 池 间双 向 流 动 ，每 个 均 衡 模 块 工 作 时 只需 对一个开 关器件进 行开关控制 ，因此均衡 电路 的
由于 串联 电池 组 间 电池 内 阻 和 极 化 电 压 的作 用 ， 电池在充 电模式下 ，容量较 小的单体 电池 过充 ，容量 较 大 的 单 体 电 池 充 电 不 足 ；在 放 电 模 式 下 ， 容 量 较 小 的 单 体 电池 先 完 成 放 电 ， 容 量 较 大 的 单 体 电 池 则剩 余 过 多容量 。随着充放 电次数 的增加 ，会使 容量小 的电 池 容 量 急 剧 衰 减 甚 至 无 法 使 用 ， 最 终 将 导致 整 个 电 池 组 失 效 ，进 而影 响用 电设 备 的 正常 运 行 。
该 均 衡 电 路 在 电 池 充 放 电 时 ， 均 衡 能 量 在 电 池 组 内 部 的 各 个 单 体 电 池 之 间转 移 ，它 来 自 电池 组 ， 最 终 也 回 归 电 池 组 。 图 ４为 一 个 包 含 ４个 单 体 电池 的 电池 组 均衡模块 ，均衡模块 中不 包含独立 的 电源 ，它 由一 个 桥 式 开关 矩 阵 和 一 个 电 感 Ｌ组 成 。
镍氢动力串联电池组均衡充电方法研究
（ ｃ ｏ ｌ ｆ ｌ ｔ ｃ ｌ Ｅ ｅｔ ｎｃ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｈ ｂ ｉ ｎｖ ｒｉ ｆ ｅｈ ｏｏ ｙ Ｓ ｈ ｏ ｅ ｒ ａ ＆ ｌ ｒ ｉ Ｅ ｇｎ ｅｉ ， ｕ ｅ Ｕ ｉｅｓ ｙｏ ｃ ｎ ｌｇ ， ｏＥ ｃｉ ｃｏ ｎ ｔ Ｔ Ｗｕ ａ ３ ０ ８ Ｃ ｉａ ｈ ｎ４ ０ ６ ， ｈｎ ）
Ｋ ｅ ｗ ｏ ｄｓ ｙ ｒ ：Ｈｙ ｉ ｅ ｔｉ ｈ ｃ ｅ Ｔｒ ｃ ｉ ｎＢａ ｔｒ ； ｕａｉ ｉ ｇ Ｃｈａ ｇ ｂｒｄ Ｅｌｃ ｃＶｅ ｉ ｌ ； ａ ｔｏ ｔｅ ｒ ｙ Ｅｑ ｌｚ ｎ ｒｅ
中图分类 号 ： Ｍ９２ Ｔ １
文献标 识 码 ： Ａ
文 章编号 ：２９２ １（０００．０ ８０ ０ １．７ ３２ １）９００ —５
加 ，单体 电池 问的差 异逐 渐 变大 ，使某 些 单体 电 池 长 期处 于 过 充 过 放状 态 ，这 不仅 影 响蓄 电池 的 使 用 寿命 ，还 可 能 因产 生 过 热 引起 电池 燃 烧 或爆
种 不 一 致 性 的 原 因有 ：各 电池 单 体 在 制 造 过 程 ｊ
收稿 日期 ：０ ９ １ —１ ２０— ２ １
电池 数 目比较 大的 混合 动 力 电池组进 行 均衡 充 电。 用此 方 法对 Ｎ Ｍ 电池组 进行 充 电均衡 仿 真 实验 ，结 果 ｊＨ —
表明 用该方 法进行 均衡 充 电效果 良好 。
关键 词 ： 混合 动 力汽 车 ；动 力 电池 ；均衡 充 电
Ｓ ｕｄ ｎ ｔ ｔ ｙ ｏ ｈｅＥｑｕａ ｉ ｉ ｇ Ｃｈａ ｇ ｆＳ ｒ ａ － Ｈ ａ ｔｏ ｔ ｅ ｉ ｓ ｌ ｎ ｚ ｒ ｅ ｏ ｅ ｉ ｌＮｉＭ Ｔｒ ｃ ｉ ｎ Ｂａ ｔ ｒ ｅ
蓄电池组均衡充电技术
蓄电池组充电技术的分类
定电流充电
定电流充电是一种简单的充电方法，它通过控制充电电流 的大小来控制充电速度。这种方法的优点是简单易行，但 充电效率较低。
定电压充电
定电压充电是一种常用的充电方法，它通过控制充电电压 的大小来控制充电速度。这种方法的优点是可以避免电池 过充或欠充，但充电效率也较低。
脉冲式充电
将多个充电设备连接成网络，实现资源共 享和优化配置，提高充电效率和设备利用 率。
05
蓄电池组均衡充电技术未来展 望
技术创新与突破方向
01
02
03
高效能充电技术
研究更高效的充电技术， 缩短充电时间，提高充电 效率。
智能化管理
利用物联网、大数据等技 术手段，实现蓄电池组的 智能化管理和维护。
绿色环保技术
脉冲式充电是一种新型的充电方法，它通过控制脉冲的宽 度和频率来控制充电速度。这种方法的优点是可以提高充 电效率和安全性，但实现起来较为复杂。
02
蓄电池组均衡充电技术原理
均衡充电技术的定义与原理
定义
蓄电池组均衡充电技术是一种通过控制充电电流和充电时间 ，使蓄电池组中各个电池达到相同或相近的充电状态的技术 。
04
对电池一致性要求较高：均衡充电技术适用于一致性较好的蓄电池组 ，对于一致性较差的蓄电池组效果不佳。
03
蓄电池组均衡充电技术应用场 景
电动汽车领域的应用
电池组均衡管理
在电动汽车中，电池组作为动力来源，需要保证电池组中每个电池的电量保持 均衡。通过蓄电池组均衡充电技术，可以有效地对电池组进行均衡管理，避免 电池过充或欠充。
充。
02
智能充电技术
பைடு நூலகம்
随着科技的发展，人们开始采用智能充电技术，如基于模糊控制的充电
蓄电池的均充和浮充
蓄电池的均充和浮充文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]蓄电池均充一、均充的意义一般密封铅酸蓄电池投入使用的日期距出厂日期时间较长，电池经过长期的自放电，容量必然大量损失，并且由于单体电池自放电大小的差异，致使电池的比重、端电压等出现不均衡，投入使用前应对电池进行一次均衡充电，否则，个别电池会进一步发展成落后电池并会导致整组电池不可用。
另外，如果蓄电池长期不投入使用，闲置时间超过3个月后，应该对电池进行一次均衡充电。
二、均充、浮充的定义蓄电池均充、浮充在DL5044-2004电力工程直流系统设计技术规程中的定义分别如下：浮充电??floating charge 在正常运行时，充电装置承担经常负荷，同时向蓄电池组补充充电，以补充蓄电池的自放电，使蓄电池以满容量的状态处于备用。
均衡充电 equalizing charge 为补偿蓄电池在使用过程中产生的电压不均匀现象，使其恢复到规定的范围内而进行的充电，以及大容量放电后的补充充电，通称为均衡充电。
均充就是恒大电流充电，目的一是当蓄电池放电后，快速补充电能，二是当个别蓄电池电压有偏差，消除偏差，趋于平衡。
所以也叫快冲、强充。
浮充就是恒压小电流充电，目的一是防止蓄电池自放电，二是增加充电深度。
另外，均、浮充之间的转换是由监控模块自动控制的。
蓄电池组均充就是采用恒流充电，充电快，持续时间短；浮充是对电池恒压充电，持续时间长，充电慢。
根据电池充电曲线，新电池应该是先均冲，后浮充。
三、均充、浮充具体操作方法均充电流时电池容量的1/10H，例：300AH电池均充电流30A，充电电压系统自动控制，恒流30A充3小时自动转浮充。
一般浮充电压取电池额定电压的1.125倍X电池节数；均充电压取电池额定电压的1.175倍X电池节数。
比如48 V通信电源蓄电池组由24节蓄电池串联而成，浮充电压 2.23X24=53.5v（略小于 1.25倍），均充电压2.35×24=56.4v。
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上海交通大学硕士学位论文 摘要
charging circuit. The results of experiments convincingly prove the applicability of the proposed approach. KEYWORDS: dc power supply, battery, series-connected battery, buck/boost converter,charging equalization
ABSTRACT
This thesis introduces the modules of Control system of DC power Supply, compares and analyzes the charging equalization methods for series-connected Batteries, proposes a non-dissipative balance charging method. Addition, the hardware and the circuit are given, and an experiment has been done to test the feasibility of project. DC power Supply is mainly used in power plant, transformer substation and communication industry, which supplies power for relay protecting, the breaker action, communication and accident lighting. The core of DC power system is series-connected Batteries, whose performance determines the reliability and stability of the DC power Supply. The monitor and control system is used for DC power supply to monitor and control data acquisition and transmit and inquiry, which is widely used in field. A problem occurs: the cycle life of series-connected Batteries is shorter than the normal life. There are three factors which can affect the cycle life, one is the physical parameter of the battery; the second is the unreasonable charging system; the third is the different restored capacity in each battery, which is harmful for those overcharged and over discharged batteries. In order to extend battery cycle life, the charging module for the battery must have the ability of charging equalization. This thesis proposes a non-dissipative balance charging circuit based on buck/boost converter for a series-connected battery. Each battery in the battery bank is associated with a buck-boost converter. This sub-circuit can efficiently alleviate the unbalance of charge among batteries by taking off the charge from the affluently charged batteries and then allotting to those insufficient ones. A algorithm is proposed in the thesis. A battery bank with two series-connected simulated-batteries is used for illustrating the operating behavior and describing the operation modes of the balance
上海交通大学硕士学位论文 第一章
第一章 绪论
1.1 研究的目的和意义
04年下半年我们和上海某公司合作 对直流电源监控系统进行开发 该系统主要 用于直电力系统中的发电厂 水电站和各类变电站 市场前景广阔 在直流电源监控系统中 蓄电池组占有很重要的位置 而蓄电池组自身的物理性 能 良好的监控管理和充放电制度是保证电池组寿命和安全性的关键 同时也是提高 整个直流电源系统的寿命与可靠性的重要保证 开发过程中 合作方提到了系统中蓄电池组的使用寿命达不到设计寿命 个别德 蓄电池组只有设计寿命的50 左右 同时在蓄电池组的其他应用场合 从日渐普及的 电动自行车用蓄电池组 到航天用蓄电池组 都不同程度的存在着这类问题 蓄电池的使用寿命由多方面的因素所决定 其中最重要的是蓄电池本身的物理性 能 由于现在蓄电池制造技术的不断完善 蓄电池质量逐步提高 电池一出厂 其物 理性能就已经决定了 除去电池本身因素外 对电池的管理技术 不合理的充放电制 度是造成电池寿命缩短的主要原因 合理的对电池进行管理和维护 如何在现有蓄电池水平没有质的提高的情况下
选用先进的充放电控制方法 保证电池有较长的使用寿命和使用稳定性 是摆在我们 面前的重要问题 目前的直流电源系统中 只是对蓄电池组进行的整体管理 重点放 在电压 温度的采集 显示 数据查询等方面 忽视了蓄电池组单体电池不一致性的 问题 会造成单体电池之间差异性不断扩大 使蓄电池组的整体使用寿命的缩减 串联蓄电池组的均衡充电是现在电池研究的一个重要方向 解决了这个问题 可 以有效的提高电池组的寿命 减小运营成本 提高系统的可靠性 也减少了废旧蓄电 池对环境的污染 提高系统的可靠性 以延长蓄电池的使用寿命 本文研究重点是对蓄电池单体进行均衡充放电管理
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上海交通大学 学位论文原创性声明
本人郑重声明
所呈交的学位论文
是本人在导师的指导下
独立进行研究工作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果 对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担
有效地缓和电池组的不平衡状态
并就开关管的
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上海交通大学硕士学位论文 摘要
占空比计算给出了计算公式 本文最后设计了一个实验 以此说明均衡充电电路的工作原理及工
作模式 阐述控制策略 并由实验结果去验证此均衡充电电路的可行性
上海交通大学 硕士学位论文 串联蓄电池组的均衡充电技术研究 姓名：吴奎东 申请学位级别：硕士 专业：机械电子工程 指导教师：刘利;姚香根 20050201
上海交通大学硕士学位论文 摘要
学位论文作者签名 吴奎东日期 Nhomakorabea2005 年 2 月 19 日
上海交通大学 学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权上海交通大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密 本学位论文属于 不保密 请在以上方框内打 学位论文作者签名 日期 ２００５ 年 ２ 月 １９ 日 日期 ２００５ 年 ２ 月 １９ 日 吴奎东 指导教师签名 刘利 在 年解密后适用本授权书
体电池的不一致会造成充放电时电池电量的不平衡
会对那些过充电或
过放电的电池造成损害 进而影响整个电池组 为了延长电池使用寿命 电池组的充电模块需具备均衡充电的功能 降升压式转换器为基础的均衡充电电路结构 都配备降/ 升压式转换器 其它电量较低的电池 当其电量较高时 本文针对串联电池组提出以 串联电池组中的每一电池 可将电量转移 重新分配给
关键词
直流电源系统 电池 升/降压变换器 均衡充电
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上海交通大学硕士学位论文 摘要
REASEARCH OF BALANCE CHARGING FOR SERIES-CONNECTED BATTERIES
串联蓄电池组的均衡充电技术研究
摘 要
本文介绍了直流电源监控系统的各个模块 均衡充电方法做了对比与分析 衡充电部分进行电路设计 重点对串联蓄电池组的 并对均
提出了一种无损均衡充电方法
并用实验来验证该方法的可行性 变电站和通讯行业 通信 事故照明提供
直流电源系统主要用于电力系统中的发电厂 它为继电器保护及自动装置 电源 断路器跳闸与合闸
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上海交通大学硕士学位论文 第一章
1.2 国内外蓄电池的研究现状
1.2.1 概述
蓄电池在直流电源系统中有着非常重要的位置 蓄电池的寿命 使用可靠性等直 接决定着系统的整体性能 而电池的使用寿命取决于电池本身的物理性能 也取决于 对电池的管理技术 电池的剩余电量的指示 量 延长电池的寿命 电池在不同温度下的充电电压的变化 如何对电池快速充电 如何对蓄电池组的各单体电池进行均充 有效地利用电池的能 这些问题都涉及到电池的管理 电池监控管理系统是用于保护电池以及延长其寿命 达到最佳充电效果 电池管 理系统包含了软件和硬件 包括各参数的采集 电池特性判定 充电模式的自动选择 自动告警以及特殊电池的充电等多项技术 电池监控管理系统目前有了很大的发展 但某些方面还不是很成熟 如何对电池进行无损充电 监控电池的充放电状态 避免 过充放现象 同时对电池进行实时的或定期自动检测 诊断和维护 最大限度地保证 电池的可靠运行 国内外都在进行研究 我们关心的主要是影响电池的外部因素 如电池的充电参数 包括充电方式 充 电电流 充电结束电压 电流等 电池的温度 电池的放电参数 包括电池的放电电流 放电深度 脉冲 对电池维护的方式和频率